Ny studie: Hur vattenrörelse i muskelfibrer påverkar hastigheten på muskelsammandragningar

StockholmEn studie från University of Michigan antyder att vattenrörelsen i muskelfibrer påverkar deras kontraktionshastighet. Forskarna Suraj Shankar och L. Mahadevan har skapat en modell som visar att vätskebeteendet inuti muskelfibrerna bestämmer deras hastighetsgränser. Muskler består till stor del av vatten, cirka 70%. Tidigare studier fokuserade på molekylära åtgärder snarare än muskelfibrernas övergripande respons. Denna nya studie erbjuder ett annorlunda perspektiv på hur vätska rör sig genom muskelfibrer och påverkar deras elasticitet.

Viktiga slutsatser inkluderar:

Rörelse av vätskor inom muskelfibrer påverkar kontraktionshastigheten. Muskler har en "udda elasticitet" som möjliggör kraftproduktion genom tredimensionella deformationer. Denna modell av vätskebevægelse kan förklara snabba muskelrörelser hos både små och stora organismer. Hos små insekter begränsar vätskeflödet kontraktionshastigheten, till skillnad från större djur där nervkontroll är dominerande. Muskeln fungerar som en "aktiv svamp" och flyttar runt vatten under sammandragningar. Muskeln kan bryta mot lagen om energins bevarande och fungera som en motor snarare än ett passivt gummiband.

Studien undersöker olika djurs muskler. Skallerormar använder nervkontroll för snabba svansrörelser, medan insekter som myggor använder vätska i sina muskler för snabba vingrörelser. Detta visar att mindre varelser med mycket snabba rörelser förlitar sig på vätskemekanik i sina muskler.

Muskler består av proteiner, cellkärnor, organeller och molekylära motorer, allt omgivet av vatten. Denna vattenfyllda struktur beter sig annorlunda än vi tidigare trott. När musklerna drar ihop sig, pressar de runt vattnet, vilket påverkar hur snabbt de kan röra sig.

Läs också:

Idag · 14:14

Fysiker utnyttjar laservirvlar för revolutionerande datalagring och överföring vid Aalto universitetet

Muskler fungerar på ett annat sätt än gummiband när de drar ihop sig. Istället för att bevara energi, skapar de energi genom ständiga förändringar i sin form, en process som kallas "udda elasticitet." Denna idé förändrar vår uppfattning om hur muskler fungerar.

Dessa insikter kan bidra till att skapa bättre mjuka ställdon, konstgjorda muskler som rör sig snabbare och material som ändrar form. Moderna konstgjorda muskler är långsamma eftersom de behöver något utifrån för att röra sig. Om vi lär oss mer om hur muskelfluid fungerar kan konstgjorda muskler kanske reagera snabbare. Dessutom kan det hjälpa oss att bättre förstå hur djur rör sig om vi ser på muskler som komplexa material istället för bara delar.

Shankars modell föreslår att vi inte bara bör studera muskler på en liten, molekylär nivå. Den understryker vikten av att betrakta musklernas övergripande flytande natur och struktur. Detta bredare perspektiv är avgörande för att fullt ut förstå hur muskler fungerar och hur denna kunskap kan tillämpas praktiskt.

Denna studie ifrågasätter nuvarande uppfattningar om hur muskler fungerar och uppmuntrar till mer forskning inom muskelbiologi och -fysik. Framtida studier baserade på dessa resultat kan förändra vår syn på muskelns funktion och leda till nya teknologier.